[发明专利]主动式太赫兹安检成像方法及系统

说明书

本发明公开了属于安检设备及图像处理技术领域的一种主动式太赫兹安检成像方法及系统。该安检成像系统由数据采集与处理系统分别与太赫兹发射装置、太赫兹线阵探测器和带状波束扫描控制单元相连，分束器分别连接波束整形光学组件、太赫兹线阵探测器和太赫兹聚焦光学组件，带状波束扫描控制单元和被测目标组成。该方法采用以太赫兹源主动发射太赫兹辐射、带状聚焦波束一维扫描、线性阵列太赫兹探测器接收的模式，快速完成整个目标平面的照射与扫描，达到对目标快速成像和检查的目的；本发明采用主动式太赫兹安检成像系统提高了成像质量。采用一维扫描方式大大节省了成像时间。采用阵列探测器，简化电路系统结构，降低系统成本，减少经费开支。

技术领域

本发明属于安检设备及图像处理技术领域，特别涉及主动式太赫兹安检成像方法及系统。

背景技术

在公共场所(如边界关卡、机场、车站、地铁、港口、博物馆、体育馆或其他重要公共场馆)安检以X射线行李成像为主，辅助以金属探测器和人工检查来检测行人以及随身携带的行李物品。但X射线对人体有害，且不能有效检测出C4炸药等爆炸物以及塑料或陶瓷武器等非金属危险物品，同时还存在误报率高、二次检查耗时较长等缺点。

太赫兹是一种波长介于红外线与微波之间的电磁波，比X射线的光子能量小，对人体不会产生电离损伤，且能很好地穿透硬纸板、塑料、陶瓷、泡沫等非极性材料。因此，太赫兹安检仪是一种新型的安全检察手段，具有较强探测能力，能够检测衣物和行李中或人体内是否隐藏可疑物品，同时还能探测出陶瓷刀具、毒品粉末和炸药等非金属危险物质。

太赫兹安检成像系统分为被动式成像和主动式成像，被动式成像依靠人体自身产生的微弱的太赫兹波来进行成像和安检，不需要外加太赫兹辐射源照射人体。由于信号太弱，成像速度相对比较慢。英国Thruvision公司推出的被动式太赫兹安检系统主要有T4000、T5000、TS4系列，已经开始在部分机场使用。目前国内中电集团38所研制的被动式太赫兹安检产品“博微太赫兹人体安检仪”已进行销售。

主动式成像过程是由安检系统发出的太赫兹辐射照射到目标上，目标把含有自身振幅和相位的太赫兹波信号反射回安检系统，转换为电信号形成目标的太赫兹反射图像，根据图像的形状和灰度值来提取目标的特征信息。主动式的太赫兹人体成像系统目前没有商业化产品出现，还处于实验室探索阶段，代表性研究单位有美国西北太平洋国家实验室(PNNL)和喷气推进实验室(JPL)。PNNL研发350GHz主动式太赫兹成像系统，采用单像元的发射和接收链路，发射源发出的太赫兹波经由大口径反射镜聚焦至远处的待测目标，目标反射回来的信号经原路返回至接收器。由于发射和接收器都是单点式的，每次只能测量目标上一个点的数据，要想获得图像，需要对聚焦至目标的波束进行二维扫描，一般通过平面反射镜的二维运动来实现。该系统成像距离为5m，扫描时间约10秒(Sheen D M,Hall T E,Severtsen R H,et al.Standoff concealed weapon detection using a 350GHz radarimaging system[C].Proceedings of SPIE.Orlando:[s.n.],2010)。JPL实验室研制了600GHz三维太赫兹成像雷达，可达到4m的探测范围，分辨率为1cm，成像时间要5min，随后将工作频率升高至675GHz，主反射镜口径扩大至1m，成像距离增大到25m，时间缩短至1s，接近实时成像(Cooper K B,Dengler R J,LlombartN,etal.THz Imaging Radar for StandoffPersonnel Screening[J].IEEE Transactions on Terahertz Science and Technology,2011(1):169-182)。因为只有单像元的发射和接收器，每次只能测量目标平面的一个点，要想得到图像必须进行二维机械扫描，这几种系统均存在结构非常复杂的扫描装置，并且成像时间也上不去，难以达到实用。